本發(fā)明涉及一種新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件，屬于電子學(xué)和材料學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

聚合物基PTC復(fù)合材料通常是以聚合物為基體，向其中摻加導(dǎo)電填料制成。具有電阻正溫度系數(shù)的導(dǎo)電復(fù)合材料在正常溫度下可維持極低的電阻值，且具有對溫度變化反應(yīng)敏銳的特性，即當(dāng)電路中發(fā)生過電流快速升溫時(shí)，其電阻會瞬間增加到一高阻值，使電路處于斷路狀態(tài)，用于可恢復(fù)保險(xiǎn)絲，以達(dá)到保護(hù)電路元件的目的。

當(dāng)聚合物PTC電阻接入的電路處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，反復(fù)出現(xiàn)的尖峰電流沖擊會使得PTC電阻性能疲勞劣化甚至燒毀，帶來不安全因素。對于相同配方成分的PTC芯片，如果要增大芯片的耐壓耐流性能，需要增加厚度，提高元件電阻，會使得元件的保持電流降低。工業(yè)上也有采用多個(gè)芯片并聯(lián)的貼片式元件可提高相同尺寸元件電流承載能力，但由于實(shí)際材料和制造工藝存在一定的離散性，不同芯層的電流保持、動作特性以及耐壓性能通常難以做到精確匹配，實(shí)際的性能相比單層元件提升有限。

聚合物基復(fù)合介電材料用于制作各類無源嵌入式介質(zhì)電容元件，主要采用高介電常數(shù)的鐵電陶瓷粉體與聚合物基體進(jìn)行復(fù)合制備，如PVDF-Ba_xSr_1-xTiO3復(fù)合介電材料，也有利用低于滲流閾值含量的Ni、Al、Ag、C等導(dǎo)電材料與聚合物復(fù)合得到的滲流型復(fù)合介電材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于：提供一種新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件，在不降低保持電流的狀態(tài)下，能具有抗尖峰電流沖擊性能。

本發(fā)明目的通過下述方案實(shí)現(xiàn)：提供一種新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件，包含：

至少一個(gè)聚合物基PTC芯片，其包含第一電極箔、第二電極箔及一層夾在該第一和第二電極箔間的具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的材料層；

至少一個(gè)聚合物基電容芯片，其包含第三電極箔、第四電極箔及一層夾在該第三和第四電極箔間的聚合物基絕緣電介質(zhì)材料；

第一金屬引腳，同時(shí)連接聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片的一個(gè)電極箔；

第二金屬引腳，同時(shí)連接聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片另一個(gè)電極箔，元件中聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片并聯(lián)連接。

本發(fā)明利用聚合物介質(zhì)電容與PPTC相結(jié)合改善電子線路抗尖峰電流沖擊性能，該元件的工作原理是：聚合物基PTC芯片導(dǎo)通，聚合物基電容芯片不起作用；當(dāng)出現(xiàn)短時(shí)尖峰電流時(shí)，聚合物基電容芯片充電，起到穩(wěn)定電路和保護(hù)PTC芯片的作用；當(dāng)長時(shí)間大電流狀態(tài)時(shí)，PTC芯片過流大幅度升阻切斷電路，起保護(hù)電路的作用。

聚合物基PTC芯片是由正溫度系數(shù)復(fù)合材料層和第一、第二金屬電極箔構(gòu)成的“三明治”結(jié)構(gòu)。正溫度系數(shù)復(fù)合材料層的聚合物基體優(yōu)選聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種及其混合物；導(dǎo)電填料優(yōu)選金屬顆粒、金屬碳化物顆粒、金屬硼化物顆粒、炭黑、短切碳納米管、石墨烯等，顆粒粒徑在0.05微米到100微米之間，粒徑長徑比小于500，導(dǎo)電填料的體積電阻率不大于200μΩ×cm，導(dǎo)電填料占正溫度系數(shù)復(fù)合材料的體積百分比介于25%~85%。第一、第二金屬電極箔為鎳箔或鍍鎳銅箔。

聚合物基電容芯片是由聚合物基絕緣電介質(zhì)材料層和第三、第四金屬電極箔構(gòu)成的“三明治”結(jié)構(gòu)。聚合物基絕緣電介質(zhì)材料層的體電阻率大于10⁶Ω×cm，聚合物優(yōu)選聚乙烯、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯、聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛樹脂、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚氟乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、環(huán)氧樹脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一種及其混合物，填料優(yōu)選二氧化硅、二氧化鋯、二氧化鈦、鈦酸鍶鋇、鈦酸銅鈣、鋯鈦酸鉛等絕緣電介質(zhì)微納米粉末或體積分?jǐn)?shù)不超過常溫滲流閾值30%的導(dǎo)電填料。第三、第四金屬電極箔為鎳箔或鍍鎳銅箔。

當(dāng)所述的聚合物基PTC芯片為二個(gè)以上，所述的聚合物基電容芯片也為二個(gè)以上，聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片間隔排布并均采用并聯(lián)方式接入電路。即：元件中可以有超過一個(gè)的聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片，所有芯片均采用并聯(lián)方式接入電路。

在上述方案基礎(chǔ)上，本發(fā)明采用三明治結(jié)構(gòu)制聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片，將制作好的聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片采用圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)刻出絕緣槽，將圖形化后的聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片用絕緣膠熱壓合，過鉆孔鍍銅方式得到聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片并聯(lián)的電氣結(jié)構(gòu)，后經(jīng)印刷阻焊油墨、固化阻焊油墨的方式得到貼片式并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件。

本發(fā)明的優(yōu)越在于：通過聚合物基PTC材料和聚合物電容并聯(lián)結(jié)構(gòu)，起到抵消尖峰電流，適當(dāng)減緩PTC動作時(shí)間的作用。當(dāng)元件處于平穩(wěn)工作狀態(tài)下時(shí)，元件可以在不降低保持電流的狀態(tài)下消除短時(shí)間大電流沖擊的影響，當(dāng)長時(shí)間大電流狀態(tài)時(shí)，PTC芯片過流大幅度升阻切斷電路，保護(hù)電路。

附圖說明

圖1實(shí)施例1新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2實(shí)施例2新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3實(shí)施例3新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4實(shí)施例4新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5實(shí)施例5新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)號說明：

1、1’——聚合物基PTC芯材；

11、12、13——第一、第二、第三聚合物基PTC芯材；

2、2’——聚合物基電容芯材；

21、22——第一、第二聚合物基電容芯材；

31、32、33、34——第一、第二、第三和第四電極箔；

31’、32’、33’、34’——第一、第二、第三和第四內(nèi)電極箔；

41、41’、41’’——第一引腳；42、42’、42’’——第二引腳；

5——絕緣層；

51、52、53——第一、第二、第三絕緣層；

61、62——第一、第二阻焊油墨層。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1實(shí)施例1新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖所示：

一種具有抗尖峰電流沖擊的并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件，如圖1所示：聚合物基PTC芯材1為高密度聚乙烯（HDPE）和碳化鎢陶瓷粉共混復(fù)合材料，聚合物基電容芯材2為聚丙烯和二氧化鈦共混復(fù)合材料，第一、第二、第三和第四電極箔31、32、33、34為鍍鎳銅箔。由聚合物基PTC芯材1和與其上下貼合的第一、第二電極箔31、32構(gòu)成聚合物基PTC芯片，由聚合物基電容芯材2和與其上下貼合的第三和第四電極箔33、34構(gòu)成聚合物基電容芯片，第一引腳41為U型引腳，第一、第二引腳41、42為銅電極，第一引腳41分別與第一和第四電極箔31、34電氣導(dǎo)通，在第一引腳41的U型底部有一絕緣層5，使第一引腳41與第二、第三電極箔32、33電氣絕緣，接入電路后聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片呈并聯(lián)排列。

實(shí)施例2

圖2實(shí)施例2新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖所示：

一種具有抗尖峰電流沖擊的并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件，結(jié)構(gòu)如圖2所示，在實(shí)施例基礎(chǔ)上，只是第一引腳41’為V型，因此可以保證與第一、第四電極箔31、34電氣連接后，不與第二、第三電極箔32、33電氣連接，可省略絕緣層：聚合物基PTC芯材1為PVDF和碳黑共混復(fù)合材料，聚合物基電容芯材2為PVDF和二氧化硅共混復(fù)合材料，第一、第二、第三和第四電極箔31、32、33、34為鎳箔。第一引腳41’為V型引腳，第一、第二引腳41’、42為銅電極，第一引腳41’分別與第一和第四電極箔31、34電氣導(dǎo)通，而第一引腳41’的V型底部不與第二、第三電極箔32、33接觸，接入電路后，聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片呈并聯(lián)排列。

實(shí)施例3

聚合物基PTC芯材為尼龍1012和碳化鈦陶瓷粉共混復(fù)合材料，聚合物基電容芯材為PVDF和鋯鈦酸鉛共混復(fù)合材料。圖3實(shí)施例3新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖所示：

一種具有抗尖峰電流沖擊的并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件，在實(shí)施例一基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)聚合物基PTC芯片，第二引腳42’結(jié)構(gòu)與第一引腳41相同，如圖3所示：第一、第二聚合物基PTC芯材11、12排在聚合物基電容芯材2的上下方，第一引腳41與第一聚合物基PTC芯材11和聚合物基電容芯材2第二引腳并聯(lián)結(jié)構(gòu)。第一和第二引腳41、42’為U型銅電極，在第一和第二引腳41、42’的U型銅電極底部分設(shè)第一、第二絕緣層51、52，第一、第二聚合物基PTC芯材11、12均與聚合物基電容芯材2并聯(lián)，不僅具備抗尖峰電流沖擊的性能，同時(shí)提高元件的保持電流，實(shí)現(xiàn)大電流的放電同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)低電流下過溫保護(hù)。

實(shí)施例4

如圖4實(shí)施例4新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖所示：

一種具有抗尖峰電流沖擊的并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件，為貼片式并聯(lián)結(jié)構(gòu)，聚合物基PTC芯材1’為高密度聚乙烯（HDPE）和碳化鎢陶瓷粉共混復(fù)合材料，聚合物基電容芯材2’為聚丙烯和二氧化鈦共混復(fù)合材料，每個(gè)芯材的上下均設(shè)有內(nèi)電極箔，該內(nèi)電極箔為鍍鎳銅箔。其中，第一、第二內(nèi)電極箔31’、32’貼合在聚合物基PTC芯材1’的二面，第三和第四內(nèi)電極箔33’、34’貼合在聚合物基電容芯材2’的二面，在第二、第三內(nèi)電極32’、33’之間，以及第一、第四內(nèi)電極與第一、第二阻焊層61、62間均設(shè)有絕緣層，形成第一、第二、第三絕緣層51、52、53。

制法為：采用三明治結(jié)構(gòu)制聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片，將制作好的聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片采用圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)刻出絕緣槽，將圖形化后的聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片用絕緣膠熱壓合。經(jīng)過鉆孔鍍銅方式得到聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片并聯(lián)的電氣結(jié)構(gòu)，后經(jīng)印刷阻焊油墨、固化阻焊油墨的方式得到如圖4所示的貼片式并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件。

實(shí)施例5

如圖5實(shí)施例5新型并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件結(jié)構(gòu)示意圖所示：

一種具有抗尖峰電流沖擊的并聯(lián)結(jié)構(gòu)過流保護(hù)元件，元件為三個(gè)聚合物基PTC芯材和兩個(gè)聚合物基電容芯材并聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括：第一、第二、第三聚合物基PTC芯材11、12、13，第一、第二聚合物基電容芯材21、22，聚合物基PTC芯片和聚合物基電容芯片間隔排布并均采用并聯(lián)方式接入電路，如圖5所示，第一引腳41’’’與第一、第二、第三聚合物基PTC芯材11、12、13的第二電極，以及第一、二聚合物基電容芯材21、22的第一電極電氣連接；第二引腳42’’’與第一、第二、第三聚合物基PTC芯材11、12、13的第一電極，以及第一、二聚合物基電容芯材21、22的第二電極電氣連接；各芯片采用并聯(lián)方式接入電路。

多個(gè)聚合物基PTC芯材用于提升元件的保持電流，滿足大電流的放電同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)低電流下過溫保護(hù)；多個(gè)聚合物基電容芯材進(jìn)一步提升尖峰電流的緩沖能力。元件用于大電流負(fù)荷且很不穩(wěn)定的電路環(huán)境中。

本發(fā)明的內(nèi)容和特點(diǎn)已揭示如上，然而前面敘述的本發(fā)明僅僅簡要地或只涉及本發(fā)明的特定部分，本發(fā)明的特征可能比在此公開的內(nèi)容涉及的更多。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)該包括在不同部分中所體現(xiàn)的所有內(nèi)容的組合，以及各種不背離本發(fā)明的替換和修飾，并為本發(fā)明的權(quán)利要求書所涵蓋。